CN106125301A - 基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置及方法。主要解决了传统的产生啁啾脉冲信号和相位编码信号的装置及方法很难满足实际要求的问题。其构造为所述的飞秒激光器(1)通过环滤波器(2)光纤连接光学耦合器(3)，光学耦合器(3)与另一个光学耦合器通过三端口循环器连接在色散装置(4)上，另一个光学耦合器(3)上还连接有光电探测器(6)，所述的色散装置(4)与计算机(7)按电路原理连接，其方法由飞秒激光器产生的超短脉冲在Sagnac环滤波器进行频谱整形后，再在可重构啁啾Bragg光栅中进行色散，产生的光脉冲信号最后在光电探测器上转换为电脉冲信号。能在同一套系统中产生啁啾脉冲信号和相位编码信号，适用性强。

Description

基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置及方法
技术领域
本发明涉及雷达、电子对抗等领域，具体是一种应用在雷达系统中的基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置及方法。
背景技术
目前，微波雷达逐渐向高频化、宽带化发展，然而目前基于电子学方法产生的常用于雷达系统脉冲压缩的啁啾脉冲信号或相位编码脉冲信号频率低，带宽窄，无法满足现代雷达高精度测距的需求，而基于微波光子方法产生的啁啾脉冲信号和相位编码信号虽然能够在频率上满足高频化发展的需求，但是所产生的啁啾脉冲信号脉宽很短，很难在实际中应用，并且无法实现在同一套系统中产生啁啾脉冲信号和相位编码信号，这大大降低了雷达系统的抗干扰能力或提高了雷达系统的复杂性。
发明内容
为解决背景技术中存在的不足，本发明提出了一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置及方法，本发明基于频谱整形与频时映射的方法，并采用级联阵列波导光栅作为色散介质进行频时映射，不仅大大增加了色散量，使得产生准连续的啁啾脉冲信号称为可能，也使得可以在同一套系统中产生啁啾脉冲信号和相位编码信号。
技术方案：一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置，包括飞秒激光器、环滤波器、光学耦合器、色散装置、三端口循环器、光电探测器、计算机，所述的飞秒激光器通过环滤波器光纤连接光学耦合器，光学耦合器与另一个光学耦合器通过三端口循环器连接在色散装置上，另一个光学耦合器上还连接有光电探测器，所述的色散装置与计算机按电路原理连接。
进一步的，所述的色散装置由可重构啁啾Bragg光栅之间串联构成，串联结构的可重构啁啾Bragg光栅集成在LiNbO3晶体上。在LiNbO3晶体上设置有平行光波导，相邻两条平行光波导之间都通过光纤连接；
进一步的，所述的可重构啁啾Bragg光栅由光栅阵列组成，每个阵列含有个小光栅；
进一步的，所述的光学耦合器分出的光路至少为13路；
一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的方法：
Ⅰ、由飞秒激光器产生的超短脉冲在Sagnac环滤波器进行频谱整形，使超短脉冲信号的频谱形成正弦分布；
Ⅱ、经过频谱整形后的超短脉冲经过三端口循环器在相互串联的可重构啁啾Bragg光栅中进行色散，可重构啁啾Bragg光栅中LiNbO3晶体被两束光照射，其中一束光两束光的调节是否无差别由一个二维相位型空间光调制器进行调制，使两束光在每个光波导上写入光栅，通过对二维相位型空间光调制器的相位调制可以单独对每个光栅进行调节；
Ⅲ、采用重复频率为80MHz的飞秒激光器和65个可重构啁啾Bragg光栅即可实现连续信号的产生，，光学脉冲信号在高速光电探测器上转换成电信号，在光电探测器的光电响应度在超短脉冲频谱范围内均匀一致时，产生的光电流大小将与光脉冲信号的强度成正比，即光脉冲信号线性转换成电信号。
进一步的，经过频谱整形后的超短脉冲信号在一个光学耦合器中将每个超短脉冲平均分成N路，每一路都经过一个三端口循环器进入可重构啁啾Bragg光栅进行频时映射，产生的N路脉冲信号在另一个光学耦合器中合成一路，设每个可重构啁啾Bragg光栅的长度为LRCBG，光纤的折射率为nfiber，如果在N个光路中第i+1个光路中光纤的长度比第i个光路中光纤的长度长2neLRCBG/nfiber，则在光学耦合器后N个脉冲信号将首尾连接成一个脉冲信号。
进一步的，设第i个光路中产生脉冲信号末端的相位为则需要调节第i+1个光路中可重构啁啾Bragg光栅的反射率谱范围，使其反射频谱整形后的超短脉冲的始端的相位与相同。
有益效果是：通过采用本发明的技术方案，可在极短的曝光时间内对高速运动目标一次曝光获取距离像，作用距离远，适合对高速运动目标成距离像，而且在成像距离范围内，距离精度不随距离下降。
附图说明
图1为本发明构造示意图。
图中，1飞秒激光器、2环滤波器、3光学耦合器、4色散装置、5三端口循环器、6光电探测器、7计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
由图1所示的一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置，包括飞秒激光器1、环滤波器2、光学耦合器3、色散装置4、三端口循环器5、光电探测器6、计算机7，所述的飞秒激光器1通过环滤波器2光纤连接光学耦合器3，光学耦合器3与另一个光学耦合器通过三端口循环器连接在色散装置4上，另一个光学耦合器3上还连接有光电探测器6，所述的色散装置4与计算机7按电路原理连接。
作为本发明的一个实施例，所述的色散装置4由可重构啁啾Bragg光栅之间串联构成，串联结构的可重构啁啾Bragg光栅集成在LiNbO3晶体上。在LiNbO3晶体上设置有平行光波导，相邻两条平行光波导之间都通过光纤连接；
作为本发明的一个实施例，所述的可重构啁啾Bragg光栅由光栅阵列组成，每个阵列含有5个小光栅，可实现经超短脉冲色散成1ns的脉冲信号；
作为本发明的一个实施例，所述的光学耦合器3分出的光路至少为13路；
一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的方法：
Ⅰ、由飞秒激光器1产生的超短脉冲在双折射光纤形成的Sagnac环滤波器2进行频谱整形，使超短脉冲信号的频谱形成正弦分布，对于单个激光脉冲而言，可以认为其脉宽很窄，因此其具有比较宽的频谱范围。
Ⅱ、经过频谱整形后的超短脉冲经过三端口循环器在相互串联的可重构啁啾Bragg光栅中进行色散，可重构啁啾Bragg光栅中LiNbO3晶体被两束光照射，其中一束光两束光的调节是否无差别由一个二维相位型空间光调制器进行调制，使两束光在每个光波导上写入光栅，通过对二维相位型空间光调制器的相位调制可以单独对每个光栅进行调节；
Ⅲ、采用重复频率为80MHz的飞秒激光器和65个可重构啁啾Bragg光栅即可实现连续信号的产生，光学脉冲信号在高速光电探测器6上转换成电信号，在光电探测器6的光电响应度在超短脉冲频谱范围内均匀一致时，产生的光电流大小将与光脉冲信号的强度成正比，即光脉冲信号线性转换成电信号。
多个串联可重构啁啾Bragg光栅的色散函数的调谐由多个光栅的色散函数共同决定，每个光栅可以色散可以不同，通过对某个或某些光栅的调谐改变整体的色散函数，从而实现对产生信号的调谐，也可以通过一维相位型空间光调制器将所有光波导写成具有相同的光栅，通过对一位空间光调制器的控制实现产生信号的谐调，该种方法的调谐简单，产生信号的波形与空间光调制器的相位调制具有简单的对应关系，方便对产生信号的控制；
作为本发明的一个实施例，经过频谱整形后的超短脉冲信号在一个光学耦合器3中将每个超短脉冲平均分成N路，每一路都经过一个三端口循环器进入可重构啁啾Bragg光栅进行频时映射，产生的N路脉冲信号在另一个光学耦合器中合成一路，设每个可重构啁啾Bragg光栅的长度为LRCBG，光纤的折射率为nfiber，如果在N个光路中第i+1个光路中光纤的长度比第i个光路中光纤的长度长2neLRCBG/nfiber，则在光学耦合器3后N个脉冲信号将首尾连接成一个脉冲信号。
作为本发明的一个实施例，在信号产生过程中，对N个光路中可重构啁啾Bragg光栅的色散函数li(ν)进行恰当的设置，使每个光路中产生的脉冲信号为频率啁啾的，而且可以使第i+1个光路中的啁啾脉冲信号起始瞬时频率与第i个光路中的啁啾脉冲信号终止瞬时频率相同，此时合成的脉冲信号脉冲内瞬时频率不存在突变，但是，在相邻两个脉冲信号连接处将可能会产生相位突变，从而影响产生信号的脉冲压缩性能。为了消除相位突变，我们通过控制可重构啁啾Bragg光栅的反射谱范围实现两个脉冲信号的无相位突变的连接，设第i个光路中产生脉冲信号末端的相位为则需要调节第i+1个光路中可重构啁啾Bragg光栅的反射率谱范围，使其反射频谱整形后的超短脉冲的始端的相位与相同。通过以上的方案，可以实现N个脉冲信号的无频率突变和相位突变地进行连接。另外，通过对可重构啁啾Bragg光栅色散函数的调节，可以实现啁啾脉冲信号的重构及参数调谐；
通过对每个可重构啁啾Bragg光栅的反射谱范围的调节，可以使相邻的两个脉冲信号相差固定的相位差Δφ。当相位差Δφ＝0,π时，脉冲信号将会形成二元相位编码信号；当相位差Δφ＝0,π，±π/2时，脉冲信号将会形成四元相位编码信号，相位编码信号的码元编码可以通过对反射谱范围编码的调节进行调节，频率可以通过对色散函数的调节来调节。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置，包括飞秒激光器(1)、环滤波器(2)、光学耦合器(3)、色散装置(4)、三端口循环器(5)、光电探测器(6)、计算机(7)，其特征在于：所述的飞秒激光器(1)通过环滤波器(2)光纤连接光学耦合器(3)，光学耦合器(3)与另一个光学耦合器通过三端口循环器连接在色散装置(4)上，另一个光学耦合器(3)上还连接有光电探测器(6)，所述的色散装置(4)与计算机(7)按电路原理连接。
2.根据权利要求1所述的基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置，其特征在于：所述的色散装置(4)由可重构啁啾Bragg光栅之间串联构成，串联结构的可重构啁啾Bragg光栅集成在LiNbO3晶体上，在LiNbO3晶体上设置有平行光波导，相邻两条平行光波导之间都通过光纤连接。
3.根据权利要求2所述的基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的装置，其特征在于：所述的可重构啁啾Bragg光栅由光栅阵列组成，光栅阵列由小光栅构成。
4.一种基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的方法，其步骤如下：
Ⅰ、由飞秒激光器(1)产生的超短脉冲在Sagnac环滤波器(2)进行频谱整形，使超短脉冲信号的频谱形成正弦分布；
Ⅱ、经过频谱整形后的超短脉冲经过三端口循环器在相互串联的可重构啁啾Bragg光栅中进行色散，可重构啁啾Bragg光栅中LiNbO3晶体被两束光照射，其中一束光由一个二维相位型空间光调制器进行调制，使两束光在每个光波导上写入光栅，通过对二维相位型空间光调制器的相位调制可以单独对每个光栅进行调节；
Ⅲ、采用重复频率为80MHz的飞秒激光器和65个可重构啁啾Bragg光栅即可实现连续信号的产生，光学脉冲信号在高速光电探测器(6)上转换成电信号，在光电探测器(6)的光电响应度在超短脉冲频谱范围内均匀一致时，产生的光电流大小将与光脉冲信号的强度成正比，即光脉冲信号线性转换成电信号。
5.根据权利要求4所述的基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的方法，其特征在于：经过频谱整形后的超短脉冲信号在一个光学耦合器(3)中将每个超短脉冲平均分成N路，每一路都经过一个三端口循环器进入可重构啁啾Bragg光栅进行频时映射，产生的N路脉冲信号在另一个光学耦合器中合成一路，设每个可重构啁啾Bragg光栅的长度为LRCBG，光纤的折射率为nfiber，如果在N个光路中第i+1个光路中光纤的长度比第i个光路中光纤的长度长2neLRCBG/nfiber，则在光学耦合器(3)后N个脉冲信号将首尾连接成一个脉冲信 号。
6.根据权利要求5所述的基于级联阵列波导光栅产生脉冲压缩信号的方法，其特征在于：设第i个光路中产生脉冲信号末端的相位为则需要调节第i+1个光路中可重构啁啾Bragg光栅的反射率谱范围，使其反射频谱整形后的超短脉冲的始端的相位与相同。
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